什么是FPGA芯片？其原理与组成部分有哪些？

我来简单介绍一下FPGA芯片定义及其原理与组成部分。

逻辑器件（数字芯片）可以大致分为标准器件和定制芯片两类，一般越偏向定制，逻辑器件的性能（速度）、集成度（门数）和设计 自由度等方面越有优势，但设计、制造相关的开发费用越高，从下单到出货的周转时间也越长。其中，标准器件中有一类逻辑器件被 称为可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD），FPGA是PLD的一种，其比以往（狭义）的PLD设计自由度更高，并有近似 于门阵列的构造，故被命名为FPGA（ Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）。

FPGA由可编程的逻辑单元（Logic Cell，LC）、和外部进行信 号交互的输入输出单元（Input Output Block，IO）、连接前两 种元素的开关连线阵列（Switch Box，SB）三个部分构成。

 FPGA的逻辑单元通过数据查找表（look-up table，LUT）中存 放的二进制数据来实现不同的电路功能。LUT本质上是一种静 态随机存取存储器（SRAM），其大小由输入端的信号数量决 定，常用的查找表电路是四输入查找表（LUT4）、五输入查找 表（LUT5）和六输入查找表（LUT6）。查找表输入端越多， 可实现逻辑电路越复杂，因此逻辑容量越大。

 由布尔代数理论可知，对于一个n输入的逻辑运算，不论是何种 门运算，最多只有2 n种结果，因此若事先将相应结果存放于存 储单元，则相当于实现了逻辑电路功能。一般k输入的查找表由 2 k个SRAM单元和一个2 k输入的数据选择器组成。查找表的输 入就是内存表的地址信号，输出就是该地址所选字的1位数据。 k输入的查找表可以实现2 2 k种逻辑函数。FPGA通过烧写文件配 置查找表的内容，从而在相同的电路下实现不同的逻辑功能。